Hidrología Urbana: Efectos de la Impermeabilización en las

Hidrología Urbana: Efectos de la Impermeabilización
en las Cuencas Urbanas de la Ciudad de Posadas
Gutierrez, Miguel Ángel - Ayala, Andrés Raúl
Entidad Binacional Yacyretá
La Rioja 1640 - (3300) Posadas - Misiones - Argentina
Tel: +54 (03752) 440250 - Fax: +54 (03752) 431601 - E-mail: [email protected]
ANTECEDENTES
La característica principal de las cuencas urbanas está representada por el incremento de la
impermeabilización y la reducción de la infiltración debido al revestimiento del suelo como consecuencia de
la construcción de nuevos edificios, pavimentación de veredas, calles y avenidas, y la remoción de la
cobertura vegetal. Estos factores incrementan el volumen y la velocidad de escorrentía produciendo caudales
pico mayores en comparación con la cuenca no intervenida.
El objeto de este trabajo es analizar el efecto de la urbanización en las cuencas urbanas de Posadas a través de
datos de estudios de hidrología de arroyos antecedentes, recopilación de datos de densidad poblacional, usos y
ocupación del suelo, utilizando técnicas de SIG, de interpretación de imágenes satelitales y el análisis
particular de una cuenca tipo. Como resultado se proponen soluciones estructurales y no estructurales que
permitan lograr una mejor convivencia entre el agua urbana y los habitantes de la ciudad.
La ciudad de Posadas se asienta sobre la Margen Izquierda del río Paraná en una zona caracterizada por
diferencias altimétricas con pendientes de hasta 10 % en zonas urbanas y 20 % en zonas costeras. El Censo
poblacional del año 1991 arrojó una cantidad de 201.943 habitantes con una alta tasa de crecimiento anual
estimada en el 3 %, estimándose en la actualidad una población de 226.000 habitantes.
El clima es de tipo subtropical húmedo con precipitaciones medias anuales de 1700 mm y temperatura media
anual de 21 ºC. Los suelos de la región, limos arcillosos residuales, provenientes del basalto subyacente Fm
Curuzú Cuatiá (miembro Posadas), de muy baja permeabilidad de color rojizos, típicos de la región, con
coeficientes de permeabilidad del orden de k= 10-7cm/seg y coeficientes de infiltración potencial de 10 %,
clasifican hidrológicamente como suelos del grupo C o D (Tomado de la Clasificación del Soil Conservation
Service 1975).
La topografía define múltiples arroyos con régimen torrencial a modo de colectores naturales que atraviesan
el ejido Municipal, con cuencas perfectamente definidas, independientes entre sí, comparten un mismo cuerpo
receptor, el Río Paraná, y constituyen las principales vías de descargas urbanas y, como en muchas ciudades,
el recurso natural urbano usado como vehículo de transporte de los excedentes pluviales y de los desechos
ciudadanos. Los cursos de arroyos suman en total aproximado de 45 km de los cuales un 20% se encuentran
en zona afectada por el futuro embalse de Yacyretá, cuya represa se encuentra a 80 km aguas abajo de la
ciudad de Posadas en donde afectará 1.650 has urbanas de las 10.000 has urbanizadas.
Los arroyos Zaimán al sur y Mártires al oeste, tienen cuencas de aporte de mayor superficie, entre 40 y 140
km2, con menor desarrollo urbano y densidades inferiores al 15 hab/ha. Arroyos como el Itá, del Este, Mitre,
Antonica, Vicario y Divisa, drenan cuencas entre 1,2 km2 a 6 km2 más urbanizadas, con densidades
superiores a los 50 hab/ha. Es notoria la ocupación de sus valles de inundación promovida por la organización
catastral y de uso del suelo que permite que los cauces de los arroyos atraviesen propiedades privadas sin
restricciones de uso. El planteo estructural clásico utilizado en la ciudad de Posadas para resolver tramos
críticos de arroyos urbanos, se basa en diseñar aliviaderos y entubamientos por vía pública de manera de
mitigar la inundación en predios atravesados por los mismos. El incremento de la escorrentía con la
urbanización acelerada de los últimos tiempos se visualiza en el análisis comparativo para las cuencas más
urbanizadas, inferiores a 6 km2. A excepción del arroyo Mitre, que corresponde al área del antiguo casco
urbano ya impermeabilizado desde 1980, se observa un incremento general que en algunos casos, como el
arroyo Antonica, alcanza el 80%. La causa principal del aumento de la escorrentía es sin duda el aumento de
la impermeabilización ante la falta de reglamentaciones que actúen directamente sobre el control de la misma.
M ATERIALES Y MÉTODOS
Como eje conductor del trabajo se realiza la comparación de dos escenarios: la Cuenca Real, resultado de la
impermeabilización permitida conforme a los lineamientos del Código de Planeamiento y Edificación de la
ciudad de Posadas (Código) y la Cuenca Ideal que expone el concepto de Posadas Hidrópolis (1): una ciudad
que convive con sus recursos hídricos incorporándolos al paisaje urbano. Su tratamiento se realiza a través de
un Plan de Manejo Integral de Cuencas que contempla medidas de control para el uso y ocupación del suelo
limitando la impermeabilidad, preservando espacios verdes permeables en sectores de interés e infraestructura
para una efectiva protección de la calidad ambiental de los arroyos.
Por las características de la división catastral de la ciudad, se ha tomado como unidad de estudio dentro de la
Cuenca a la Chacra de 372,40 m de lado limitada por avenidas de 25,98 metros de ancho y subdividida en 16
Manzanas de 73,61x73,61 metros cuadrados separadas por calles de 17,32 metros. La cuenca elegida es la
Cuenca del Arroyo del Este, afluente del arroyo Itá.
Impermeabilización potencial máxima s/Código: El Código de Planeamiento Urbano y Edificación de la
ciudad, no contiene normativas que regule la impermeabilización del espacio urbano salvo en forma indirecta,
que resulta de las restricciones a la superficie edificable impuestas a los lotes, o espacio privado, a través del
FOS (factor de ocupación del suelo: superficie edificable/superficie total), respondiendo estas limitaciones a
requerimientos estéticos o de iluminación y aireación de los espacios. El valor del FOS para zonas
comerciales C1 y C2 hasta un 100 %. Para zonas residenciales R1a y R1b un 40 % y para zonas R2, R3 y R4
es el resultante de las normas del tejido, pudiendo alcanzar un promedio del 60 % considerando retiro de
frente y centro de manzana. No impone restricciones de intervención a la superficie libre no construida por lo
que las mismas se encuentran en gran parte impermeabilizadas por pisos o solados. En cuanto al espacio
exterior, el Código fija perfiles transversales típicos definiendo anchos de vereda y de calzadas de calles y
avenidas, así como porcentajes de superficie a destinar a espacios fiscales o verdes en proyectos de
urbanizaciones, incluyéndose desde el año 1994 anchos de canteros en los perfiles típicos. Al igual que en el
caso de los espacios interiores y por igual causa, resultan áreas con un alto porcentaje de impermeabilización.
Proyectando esta impermeabilización permitida por el Código, se obtiene un valor potencial máximo que
calculado para la Chacra Tipo arroja el 91 % de la superficie total.
Impermeabilización potencial máxima según Posadas Hidrópolis: Se introducen conceptos de control de
impermeabilización en espacio interior (lotes) y espacio exterior (veredas y calzadas) y de protección de las
planicies de inundación de los arroyos. Se limita al 15 % la impermeabilización por pavimentos a la superficie
construida, destinando la superficie no construida a espacios permeables con cobertura vegetal (jardines,
terreno natural, césped, plantas, árboles). En el espacio exterior se considera una reducción del ancho de
calzadas interiores de chacras de 9 a 7 metros, permitiendo únicamente la pavimentación con empedrado
basáltico. Esto es posible ya que estas arterias interiores soportan el tránsito de origen o destino de la propia
Chacra, mientras que las avenidas son las vías que unen los grandes centros de atracción. Para veredas de
calles interiores, el área permeable se materializa a través de canteros con jardines, terreno natural, césped,
plantas, árboles, en el 57 % de la superficie. La impermeabilización potencial máxima calculada en esta
situación es del 64 %, sin considerar espacios verdes de la planicie de inundación de los arroyos urbanos.
La impermeabilización actual: En función de los valores obtenidos por la comparación de la cuenca real
(Código de Urbanización) y la Cuenca Ideal (Hidrópolis) y con el objeto de efectuar un diagnóstico del grado
de impermeabilización que presenta en la actualidad la Ciudad de Posadas en el área de sus cuencas urbanas
menores ( 4727,88 Ha), y en particular la Cuenca del Este, se plantea la determinación de los valores de
impermeabilidad para dichas cuencas mediante el análisis de imágenes satelitales, en este caso obtenida por el
Satélite Landsat TM5 el 22.05.98.
La base del estudio se efectuó mediante la utilización de un SIG, en este caso el ARC VIEW GIS 3.1. La
mecánica adoptada para el estudio, debido a la gran extensión del área, consistió en la determinación de áreas
de igual densidad urbana (hab/Ha) tomando como base el Censo Poblacional de 1991 a través de los datos
obtenidos de los radios censales del Estadísticas y Censos de la Provincia e Misiones, proyectados hasta la
fecha con una tasa de crecimiento del 3% anual. Para generar las áreas mencionadas se utilizó el algoritmo
por defecto del ARC VIEW denominado de puntos de interrupción naturales que identifica puntos de
interrupción entre clases utilizando una fórmula estadística (el método de optimización de Jenk).
Luego se procedió a clasificar la imagen satelital dentro de las áreas de densidad poblacional (cada una igual a
la sumatoria de las áreas de los polígonos de igual densidad) previamente definidas. Estas clases se asimilan a
los distintos usos del suelo presentes en el área de estudio (pavimentos, árboles, edificación, etc.), estimando
en el terreno y con apoyo de fotografía aérea el porcentaje de impermeabilización para cada uno.
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
Densidad Poblacional e Impermeabilidad: Se generaron diez clases de densidad poblacional dentro del área
de estudio, descartándose la de más baja densidad por abarcar zonas de cuencas suburbanas o rurales, carentes
de interés para el planteo. Se confeccionó el histograma de frecuencia de las densidades, de modo de apreciar
las áreas de mayor influencia antrópica de la ciudad, observándose dos picos en 20 hab/ha (frecuencia 28 %) y
70 hab/ha (frecuencia 18 %).
A los fines de la interpretación de las imágenes satelitales de que se disponía, se realizaron dos combinaciones
de las bandas Landsat TM: 5-4-3 y 4-5-6. Se adoptó la combinación de bandas 4, 5 y 6, buscando un mayor
contraste con la vegetación, en función de la mayor emisividad de las construcciones, suelos arcillosos y
afloramientos rocosos presentes en el área de estudio, resaltando las áreas de mayor impermeabilidad. Luego
se procedió a clasificar las nueve áreas de densidad poblacional mediante el método no supervisado, con el
empleo del analizador de imágenes ERDAS IMAGE 8.3.1, el que efectúa una clasificación arbitraria
mediante un algoritmo de agrupamiento denominado ISODATA considerado uno de los más adecuados para
este tipo de metodología.
Por ser un método interactivo en el cual el usuario no conoce los grupos espectrales presentes en la muestra,
se realizaron algunas clasificaciones previas en las que no se logró encuadrar algunas de las áreas clasificadas
dentro de los usos de suelo, finalizándose en quince clases que permiten un grado de desagregación suficiente
para proceder a la discriminación de las áreas temáticas conforme a los usos.
Para la asignación de las categorías determinadas estadísticamente se identificaron dentro del área de estudio
las diferentes clases, que alcanzaron a once (11), comunes a las diferentes cuencas de la ciudad de Posadas.
A continuación se realizó el relevamiento de campo con apoyo de fotografía aérea, determinando en cada área
seleccionada el porcentaje de impermeabilización y la designación según uso. De esta manera se obtuvo la
siguiente denominación de las clases y grados de impermeabilidad: 3)Pavimentos, suelo desnudo compacto:
0.90, 4)Arboles abundantes sobre terreno natural: 0.05, 5)Arboles abundantes sobre terreno natural: 0.05, 6)
Pavimentos, suelo desnudo compacto con arboles ralos:0.80, 7)Arboles sobre solados impermeables 0.20,
8)Arboles sobre terreno natural:0.15, 9)Arboles sobre solados impermeables:0.30, 10)Edificación mediana
densidad:0.65, 11)Edificación compacta:0.85, 12)Pastizales:0.20 y 15)Tinglados:1.00.Se descartaron las
siguientes clases: 1) agua; 2) humedales de costa; 13) y 14) pastizales y pajonales en área rural por no estar
comprendidas dentro del área de estudio seleccionada.
Se procedió al cálculo de las superficies impermeables en cada área clasificada de acuerdo con los porcentajes
determinados para cada uso de suelo, obteniendo los porcentajes de impermeabilidad de densidad poblacional
con los que se confeccionó un gráfico de dispersión y se obtuvo la curva respectiva mediante un ajuste
potencial con un coeficiente de correlación del 91,2%.
El ajuste realizado no brinda un reflejo fiel de la variación de la impermeabilidad conforme las áreas de
densidad definidas, presentando tres
sectores claramente definidos:
RELACIÓN DENSIDAD POBLACIONAL - IM PERM EABILIDAD
CIUDAD DE POSADAS
1.
hasta 100 hab/Ha: se produce un
notable
incremento
de
la
impermeabilidad con el crecimiento
0.1394
de la densidad de población. Es el
y = 0.2959x
área urbana correspondiente al
segundo pico del histograma de
frecuencia. Representa las zonas de
crecimiento de la ciudad de Posadas
constituidas por áreas residenciales de
baja densidad de edificación sin
veredas y sin pavimento.
desde 100 a 400 hab/Ha: se registran
Densidad poblacional (hab/Ha)
valores
constantes
en
la
impermeabilidad coincidiendo con los asentamientos construidos por el Instituto Provincial de
Desarrollo Habitacional, en donde se destaca la variación de la cantidad de habitantes por Ha a igual
impermeabilidad, debido a la tipología de los conjuntos habitacionales (duplex, barrios con lotes de
dimensiones reducidas).
0.80
Impermeabilidad (%)
0.70
0.60
0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
0
2.
100
200
300
400
500
600
700
800
3.
Más de 400 hab/Ha: vuelve a ponerse de manifiesto un crecimiento de la impermeabilidad producida por
los asentamientos de mayor densidad, Monoblocks y Edificios en altura.
Control de la Impermeabilización: Se logra una reducción del escurrimiento superficial al provocar un
incremento del tiempo de concentración y una reducción del coeficiente de escorrentía.
PALABRAS CLAVES: CONTROL DE IMPERMEABILIZACIÓN - ESPACIO INTERIOR (
CHACRA TIPO
SUPERFICIE
TOTAL
M2
%
M2
SUP CUBIERTA
SOLADOS
86695
63
JARDINES
VEREDAS
EXTERIOR
CANTEROS
51972
37
CALLES/AVDA
TOTAL
FOS EXT )
138667
100
PROPUESTA: HIDRÓPOLIS
SUPERFICIE
SUPERFICIE
ESPACIOS
INTERIOR
FOS INT ) Y ESPACIO EXTERIOR (
SEGÚN CODIGO DE POSADAS
IMPERMEABLE
%
M2
C
CN
IMP
43347
31
43347
1.00
0.83
98
25
34678
1.00
0.83
98
8669
6
0.00
0.20
74
1.00
0.83
98
0.00
0.20
74
34664
1.00
0.81
100 125637
0.91
0.77
9
4360
3
34664
25
138667
0
12948
0
TOTAL
M2
34678
12948
FOS
90
M2
C
CN
FOS
IMP
43347
31
43347
1.00
0.83
98
6502
5
6502
1.00
0.83
98
36845
27
0.00
0.20
74
1.00
0.83
98
0.00
0.20
74
10082
92
IMPERMEABLE
%
0
7 10082
13317
10
0
98
28573
21
28573
1.00
0.75
89
96
138667
100
88505
0.64
0.59
87
58
74
Estos parámetros de impermeabilización fueron extrapolados a la Cuenca del Este – Sur, resultando un
aumento del tiempo de concentración del 17 % y una disminución del escurrimiento superficial del 33 %.
CONCLUSIONES
a.-El análisis en áreas urbanas a través de interpretación de imágenes satelitales permite realizar
determinaciones de la impermeabilidad, con un grado aceptable de confiabilidad, si se lo circunscribe a un
área determinada y a un tiempo determinado.
b.-La ciudad de Posadas presenta un 95 % del área de estudio con densidad poblacional inferior a 119 hab/ha,
lo que representa una impermeabilidad inferior al 60 %. Esto significa que es factible la aplicación de
medidas de control de impermeabilización, dentro del marco de la preservación de los recursos hídricos
urbanos, a través de un Plan Integral de Manejo de Cuencas que contemple:
1. Modificar el Concepto de FOS incorporando la limitación de la impermeabilización en la superficie no
construida del lote.
2. Incorporar el Concepto FOS Exterior como factor de impermeabilización del suelo a nivel espacio
público aplicado a la Unidad Urbana Chacra, actuando sobre anchos de vereda, calles, canteros, tipos de
pavimentos (calzadas y vereda) y espacios verdes.
3. Educación ambiental a nivel cuenca-barrio sobre fundamentos y beneficios de la Hidrópolis.
4. Incorporar un Código de Aguas y Normas de Vertidos Industriales y Urbanos.
5. En la evaluación de alternativas para el saneamiento de arroyos urbanos, se debe analizar en primer
término la recuperación de los cauces naturales que permita la materialización de una infraestructura de
protección de los cuerpos de agua y la recuperación del ambiente natural urbano.
6. Propiciar la aprobación y reglamentación de Proyecto de ley Provincial sobre “Línea de Ribera y
Conexas, Régimen de Uso de los Bienes en Areas Inundables y Coordinación y Financiamientos de
Políticas en Materia de Protección de Inundaciones”.
7. Aspectos hidrológicos e hidráulicos: Implementación de una red de monitoreo de variables hidrológicas –
hidráulicas (estaciones hidrométricas) para ajustar los modelos lluvias – caudal existentes y en
elaboración.
BIBLIOGRAFÍA
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Mendiondo, E., Pilar, J., 1999, Un gesto en Hidrología Urbana, Diario Norte.
(2)
Depettris, Carlos A. – Clemente, María T. – Broner, Sonia J. – Departamento de Hidráulica de la
Facultad de Ingeniería – U.N.N.E. - La relación entre impermeabilidad y densidad poblacional en
áreas urbanas: El sector sur de la Ciudad de Resistencia. 1996.
(3)
Chuvieco, Emilio – Fundamentos de Teledetección espacial (1995).
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Chow, Ven Te, Maidment y Mays – Hidrología aplicada (1994).